TWI424576B - 穿透式太陽能電池模組及其製造方法 - Google Patents

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Description

穿透式太陽能電池模組及其製造方法
本發明係有關於一種太陽能電池模組及其製造方法，尤指一種具有透光效果的穿透式太陽能電池模組及其製造方法。
一般來說，傳統的太陽能電池可分為穿透式與非穿透式兩種。非穿透式的太陽能電池已廣泛應用於各式建築材料，例如屋瓦結構、牆壁貼片，車頂發電板等等。而在某些特殊應用上，例如玻璃帷幕、透明屋頂等，就需要搭配具有透光性之穿透式太陽能電池，以具有較佳的美觀性。請參閱第1圖，第1圖為先前技術一穿透式太陽能電池模組10之示意圖。傳統的穿透式太陽能電池模組10包含有一透光基板12，一透光導電層14，一光電轉換層16，以及一不透光電極層18。傳統的穿透式太陽能電池模組10係直接移除部分之不透光電極層18以及光電轉換層16，裸露部分透光基板12與透光導電層14，以達到透射光線之效果。然而移除部分光電轉換層16會減少光能的吸收量與電能的產出量，因而大幅降低太陽能電池模組10的光電轉換效率。因此，如何設計出一具有較佳光電轉換效率之穿透式太陽能電池模組即為現今太陽能產業所需努力之重要課題。
本發明係提供一種穿透式太陽能電池模組及其製造方法，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種穿透式太陽能電池模組，其包含有一透光基板；複數個條狀金屬電極，其係沿一第一方向間隔形成於該透光基板上；複數個條狀光電轉換層，其係沿該第一方向分別形成於相對應之該條狀金屬電極以及該透光基板上，其中各條狀光電轉換層之一側係形成該透光基板上且不接觸相鄰之條狀金屬電極；以及複數個條狀透光電極，其係沿該第一方向分別形成於該透光基板、相對應之該條狀金屬電極、以及相對應之該條狀光電轉換層上，以使該複數個條狀金屬電極以及該複數個條狀透光電極沿著相異於該第一方向之一第二方向互相串聯。
本發明之申請專利範圍係另揭露各條狀金屬電極沿該第一方向係不接觸相鄰之條狀金屬電極，各條狀光電轉換層沿該第一方向係不接觸該透光基板與相鄰之條狀光電轉換層，且各條狀透光電極沿該第一方向係不接觸該透光基板、相對應之該條狀金屬電極、以及相鄰之條狀透光電極。
本發明之申請專利範圍係另揭露各條狀金屬電極沿該第一方向係不接觸相鄰之條狀金屬電極，各條狀光電轉換層沿該第一方向係不接觸相鄰該條狀光電轉換層，且各條狀透光電極沿該第一方向係不接觸相對應之該條狀金屬電極。
本發明之申請專利範圍係另揭露該穿透式太陽能電池模組另包含有一緩衝層，其係形成於該條狀光電轉換層與該條狀透光電極之間，該緩衝層係由硫化鋅以及本質氧化鋅所組成。
本發明之申請專利範圍係另揭露該透光基板係為一鈉鈣玻璃。
本發明之申請專利範圍係另揭露該條狀金屬電極係由鉬所組成。
本發明之申請專利範圍係另揭露該條狀光電轉換層係由銅銦硒化鎵化合物所組成。
本發明之申請專利範圍係另揭露該條狀透光電極係為由氧化鋁鋅或銦錫氧化物組成之一透光導電層。
本發明之申請專利範圍另揭露一種用來製造穿透式太陽能電池模組的方法，其包含有在一透光基板上形成一金屬電極層，沿一第一方向移除部分該金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極，於該複數個條狀金屬電極以及該透光基板上形成一光電轉換層，沿該第一方向移除部分該光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層，藉以露出部分之該透光基板與該複數個條狀金屬電極，於該透光基板、該複數個條狀金屬電極、以及該複數個條狀光電轉換層上形成一透光電極層；以及沿該第一方向移除部分該透光電極層以形成間隔排列之複數個條狀透光電極，以使該複數個條狀金屬電極以及該複數個條狀透光電極沿著相異於該第一方向之一第二方向互相串聯。
本發明之申請專利範圍係另揭露於該透光基板上形成該金屬電極層前，清洗該透光基板。
本發明之申請專利範圍係另揭露形成一緩衝層於該光電轉換層與該透光電極層之間。
本發明之申請專利範圍係另揭露沿該第二方向移除部分之該條狀透光電極、部分之該條狀光電轉換層、以及部分之該條狀金屬電極，藉以露出部分該透光基板。
本發明之申請專利範圍係另揭露沿該第一方向移除部分該金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極後，沿該第二方向移除部分該複數個條狀金屬電極層以形成陣列式排列之複數個塊狀金屬電極；以及沿該第一方向移除部分該光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層後，沿該第二方向移除部分該複數個條狀光電轉換層以露出部分該透光基板。
本發明之申請專利範圍係另揭露沿該第一方向移除部分該金屬電極層以形成間隔排列之該複數個條狀金屬電極包含有利用雷射切割技術切割該金屬電極層，以形成沿該第一方向間隔排列之該複數個條狀金屬電極。
本發明之申請專利範圍係另揭露沿該第一方向移除部分該光電轉換層包含有使用一刮刀沿該第一方向刮除部分該光電轉換層。
本發明之申請專利範圍係另揭露沿該第一方向移除部分該透光電極層包含有使用一刮刀沿該第一方向刮除部分該透光電極層。
本發明之申請專利範圍係另揭露沿該第一方向移除部分該透光電極層包含有沿該第一方向移除部分該透光電極層之同時移除部分該光電轉換層。
請參閱第2圖，第2圖為本發明較佳實施例一穿透式太陽能電池模組20的示意圖。穿透式太陽能電池模組20包含有一透光基板22，複數個條狀金屬電極24，其係沿著一第一方向D1間隔形成於透光基板22上，以及複數個條狀光電轉換層26，其係沿著第一方向D1分別形成於相對應之條狀金屬電極24以及透光基板22上。如第2圖所示，各條狀光電轉換層26之一側係形成於透光基板22上且不接觸相鄰之條狀金屬電極24，以使各相鄰條狀光電轉換層26與條狀金屬電極24之間裸露出部分透光基板22。穿透式太陽能電池模組20另包含有複數個條狀透光電極28，其係沿著第一方向分別形成於透光基板22、相對應之條狀金屬電極24、以及相對應之條狀光電轉換層26上。穿透式太陽能電池模組20係由複數個太陽能電池201所組成，其中各太陽能電池201之光電轉換層26係用來接收光能以轉換成電力，且金屬電極24以及透光電極28係分別用來作為太陽能電池201之正、負極以輸出電力，故複數個條狀金屬電極24與複數個條狀透光電極28係沿著相異於第一方向D1之一第二方向D2依序電連接，意即複數個太陽能電池201沿著第二方向D2互相串聯，故使用者可依需求調整穿透式太陽能電池模組20之輸出電壓。此外穿透式太陽能電池模組20另可包含有緩衝層30、31，其係設置於條狀光電轉換層26以及條狀透光電極28之間。
一般來說，透光基板22係可由鈣鈉玻璃(soda-lime glass)所組成，條狀金屬電極24係可由鉬(Mo)所組成，條狀光電轉換層26係可由銅銦硒化鎵(copper indium gallium selenide,CIGS)化合物所組成，條狀透光電極28係可由氧化鋁鋅(AZO)或銦錫氧化物(ITO)所組成，緩衝層30、31係可由硫化鋅(ZnS)以及本質氧化鋅(intrinsic ZnO)所組成。透光基板22、條狀金屬電極24、條狀光電轉換層26、條狀透光電極28、以及緩衝層30、31之組成材質可不限於上述實施例所述，端視設計需求而定。由於鈣鈉玻璃、氧化鋁鋅(或銦錫氧化物)、以及本質氧化鋅係為透光材質，故光線可由第2圖箭頭所示之位置透射過穿透式太陽能電池模組20，使得穿透式太陽能電池模組20具有良好的透光效果。
請參閱第2圖與第3圖至第12圖，第3圖為本發明較佳實施例用來製造穿透式太陽能電池模組20之流程示意圖，第4圖至第12圖分別為本發明較佳實施例穿透式太陽能電池模組20於各製程階段沿第二方向D2之剖視圖。該方法係包含有下列步驟：步驟100：清洗透光基板22；步驟102：在透光基板22上形成金屬電極層23；步驟104：沿著第一方向D1移除部分金屬電極層23，藉以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極24且裸露部分透光基板22；步驟106：於複數個條狀金屬電極24以及透光基板22上形成光電轉換層25；步驟108：形成由硫化鋅所組成之緩衝層30以及由本質氧化鋅所組成之緩衝層31於光電轉換層25上；步驟110：沿著第一方向D1移除部分光電轉換層25以及緩衝層30、31以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層26，藉以露出部分透光基板22與部分複數個條狀金屬電極24；步驟112：於透光基板22、複數個條狀金屬電極24、以及複數個條狀光電轉換層26上形成透光電極層27；步驟114：沿著第一方向D1移除部分透光電極層27、或同時移除部分條狀光電轉換層26，以形成間隔排列之複數個條狀透光電極28，以使各太陽能電池201之條狀金屬電極24與條狀透光電極28沿著第二方向D2互相串聯；以及步驟116：結束。
於此針對上述步驟分別進行詳細說明，且步驟100至步驟114係分別對應至第4圖至第11圖。首先，如第4圖所示，可先將透光基板22清洗乾淨，以確保後續製程雜質不會參雜於沉積材料與透光基板22之間。此時可選擇性地於透光基板22上形成由氧化鋁(Al2 O3 )或二氧化矽(SiO2 )組成之阻擋層，其係具有阻擋電流通過之作用，且另可選擇性地將氟化鈉(NaF)以蒸鍍方式形成於透光基板22上，其係用來幫助CIGS薄膜於透光基板22上進行結晶。接下來，如第5圖與第6圖所示，使用者係可使用一濺鍍機將由鉬所組成之金屬電極層23形成於透光基板22上，再藉由雷射切割技術或其他移除技術沿著第一方向D1移除部分金屬電極層23，藉以裸露部分透光基板22且形成間隔排列之複數個條狀金屬電極24。如第7圖至第9圖所示，可使用薄膜沉積技術依序將光電轉換層25形成於複數個條狀金屬電極24與裸露之部分透光基板22上，以及將由硫化鋅所組成之緩衝層30以及由本質氧化鋅所組成之緩衝層31形成於光電轉換層25上，再藉由一刮刀或其他移除方式沿著第一方向D1移除部分光電轉換層25與緩衝層30、31，以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層26，並露出部分透光基板22與部分條狀金屬電極24。本質氧化鋅係為一種具有良好光電特性之透明薄膜，藉以用來提高穿透式太陽能電池模組20的光電轉換效率以及電力輸出效率。一般而言，該薄膜沉積技術係可藉由四元共蒸鍍法(co-evaporation)、真空濺鍍法(sputter)、以及砷化法(selenization)來製作CIGS薄膜以達到較佳的光電轉換效率。
最後，如第10圖與第11圖所示，使用者於緩衝層31上形成透光電極層27，再沿著第一方向D1移除部分透光電極層27、或同時移除部分條狀光電轉換層26以形成間隔排列之複數個條狀透光電極28，故穿透式太陽能電池模組20可包含有複數個太陽能電池201，各太陽能電池201之條狀金屬電極24與條狀透光電極28係沿著第二方向D2互相串聯，且各太陽能電池201間可藉由條狀透光電極28與透光基板22組成之間隙(如箭頭所示之位置)來透射光線。其中緩衝層30、31之材質與製程順序可不限於上述實施例所述，意即其為一選擇性之製程，端視設計需求而定。
本發明之穿透式太陽能電池模組20係改良傳統製程以達到透射光線之功能，其不需藉由額外移除光電轉換層26來達到透射光線之目的，故本發明之穿透式太陽能電池模組20包含有較大面積的光電轉換層，意即具有較佳的光電轉換效率。由於本發明穿透式太陽能電池模組20之透射區域係位於各太陽能電池201間之間隙，故其透射條紋係平行於各太陽能電池201之配置方向。然而本發明之穿透式太陽能電池模組20另可搭配其他種類製程技術，以使穿透式太陽能電池模組20不限於透射平行太陽能電池201配置方向之透射條紋，例如點紋。再者，使用者另可進一步利用點紋排列出圖紋或字紋，而大幅提昇本發明之實用性。
請參閱第12圖，第12圖本發明一實施例一投影設備40之示意圖。投影設備40包含有穿透式太陽能電池模組42、一馬達44，其係設置於穿透式太陽能電池模組42之底板、以及一指針組46，其係設置於馬達44上。穿透式太陽能電池模組42各元件功能以及沿著第二方向D2之配置方式如前述穿透式太陽能電池模組20所述，故於此不再詳述。當穿透式太陽能電池模組42進行完上述製程之後，另外可沿著第二方向D2移除部分條狀金屬電極24、部分光電轉換層26、以及部分條狀透光電極28，藉以露出部分透光基板22。也就是說，穿透式太陽能電池模組42於第一方向D1之配置方式係為複數個條狀金屬電極24形成於透光基板22上，且各條狀金屬電極24沿著第一方向D1係不接觸相鄰條狀金屬電極24；複數個條狀光電轉換層26分別形成於相對應條狀金屬電極24上，且各條狀光電轉換層26沿著第一方向D1係不接觸相鄰之條狀光電轉換層26；以及複數個條狀透光電極28分別形成於相對應條狀光電轉換層26上，且各條狀透光電極28沿著第一方向D1係不接觸透光基板22、相對應之條狀金屬電極24、以及相鄰之條狀透光電極28。因此，如第12圖所示，可利用上述製程於任意方向在穿透式太陽能電池模組42刻畫出陣列式點紋的透射區塊，以使穿透式太陽能電池模組42可沿著箭頭方向透射光線。此外亦可利用點紋排列出各類樣式的符號的透射區塊，例如數字符號。當光線穿過投影設備40以藉由透射區塊將數字符號之影像投射至遠方一投影牆上，且規律轉動指針組46以使其陰影輪流指向各數字符號之投射影像時，投影設備40即可視為一動態投影指示器，例如一時鐘。此外，穿透式太陽能電池模組42或可供給馬達44驅動指針組46旋轉所需之電力，而使得投影設備40為一太陽能時鐘。再者，指針組46亦可設置於投影牆上，而投影設備40僅單純投影出各數字符號，而形成一時鐘圖樣。綜上所述，由於本發明之穿透式太陽能電池模組可設計出多樣化之透光區塊圖樣，故可投影出各種圖紋或字紋，如光斑紋或廣告文字等，故可兼具良好之光電轉換效率以及視覺美觀性。
請參閱第13圖，第13圖本發明另一實施例一投影設備50之示意圖。投影設備50包含有穿透式太陽能電池模組52、一馬達54，其係設置於穿透式太陽能電池模組52之底板、以及一指針組56，其係設置於馬達54上。穿透式太陽能電池模組52各元件功能如前述穿透式太陽能電池模組20所述，故於此不再詳述。為了使穿透式太陽能電池模組52具有點狀排列之透射圖案，可沿第一方向D1以及第二方向D2移除部分金屬電極層23以形成間隔排列之複數個塊狀金屬電極24，且於沿第一方向D1移除部分光電轉換層25以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層26後，沿第二方向D2移除部分複數個條狀光電轉換層26，藉以露出部分透光基板22。換句話說，穿透式太陽能電池模組52於第一方向D1之配置方式係為複數個條狀金屬電極24形成於透光基板22上，且各條狀金屬電極24沿著第一方向D1係不接觸相鄰之條狀金屬電極24；複數個條狀光電轉換層26分別形成於相對應之條狀金屬電極24與透光基板22上，且各條狀光電轉換層26沿著第一方向D1係不接觸相鄰之條狀光電轉換層26；以及複數個條狀透光電極28分別形成於相對應之條狀光電轉換層26與透光基板22上，且各條狀透光電極28沿第一方向D1係不接觸相對應之條狀金屬電極24。因此，如第13圖所示，可利用上述製程於任意方向在穿透式太陽能電池模組52刻畫出陣列式點紋的透射區塊以使穿透式太陽能電池模組52可沿著箭頭方向透射光線。此外亦可利用點紋排列出各類樣式的符號的透射區塊，例如數字符號。如同前述實施例，當光線穿過投影設備50以藉由透射區塊將數字符號之影像投射至遠方一投影牆上，且規律轉動指針組56以使其陰影輪流指向各數字符號之投射影像時，投影設備50即可視為一動態投影指示器，例如一時鐘。此外，穿透式太陽能電池模組52或可供給馬達54驅動指針組56旋轉所需之電力，而使得投影設備50為一太陽能時鐘。再者，指針組56亦可設置於投影牆上，而投影設備50僅單純投影出各數字符號，而形成一時鐘圖樣。
相較於先前技術，本發明之穿透式太陽能電池模組係改良傳統技術以於製程中刻畫出透射區塊，本發明的製程簡單，不需額外移除光電轉換層，故本發明之製程方法具有高效率、高良率、以及低成本等優點；此外本發明之穿透式太陽能電池模組可設計出多樣化之透光區塊圖樣，故可投影出各種圖紋或字紋，如光斑紋或廣告文字等，進而大幅提昇本發明之實用性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10．．．穿透式太陽能電池模組
12．．．透光基板
14．．．透光導電層
16．．．光電轉換層
18．．．不透光電極層
20．．．穿透式太陽能電池模組
201‧‧‧太陽能電池
22‧‧‧透光基板
23‧‧‧金屬電極層
24‧‧‧條狀金屬電極
25‧‧‧光電轉換層
26‧‧‧條狀光電轉換層
27‧‧‧透光電極層
28‧‧‧條狀透光電極
30‧‧‧緩衝層
31‧‧‧緩衝層
40‧‧‧投影設備
42‧‧‧穿透式太陽能電池模組
44‧‧‧馬達
46‧‧‧指針組
50‧‧‧投影設備
52‧‧‧穿透式太陽能電池模組
54‧‧‧馬達
56‧‧‧指針組
100、102、104、106、108、110、112、114、116‧‧‧步驟
第1圖為先前技術穿透式太陽能電池模組之示意圖。
第2圖為本發明較佳實施例穿透式太陽能電池模組之外觀示意圖。
第3圖為本發明較佳實施例用來製造穿透式太陽能電池模組之流程示意圖。
第4圖至第11圖分別為本發明較佳實施例穿透式太陽能電池模組於各製程階段沿第二方向之剖視圖。
第12圖本發明一實施例投影設備之示意圖。
第13圖本發明另一實施例投影設備之示意圖。
20．．．穿透式太陽能電池模組
201．．．太陽能電池
22．．．透光基板
24．．．條狀金屬電極
26．．．條狀光電轉換層
28．．．條狀透光電極
30．．．緩衝層
31．．．緩衝層

Claims (17)

  1. 一種穿透式太陽能電池模組，其包含有：一透光基板；複數個條狀金屬電極，其係沿著一第一方向間隔形成於該透光基板上；複數個條狀光電轉換層，其係沿著該第一方向分別形成於相對應之該條狀金屬電極以及該透光基板上，其中各條狀光電轉換層之一側係形成該透光基板上且不接觸相鄰之條狀金屬電極；以及複數個條狀透光電極，其係沿著該第一方向分別形成於該透光基板、相對應之該條狀金屬電極、以及相對應之該條狀光電轉換層上，以使該複數個條狀金屬電極以及該複數個條狀透光電極沿著相異於該第一方向之一第二方向互相串聯，且該條狀透光電極接觸該透光基板之區域為穿透式太陽能電池模組的透光區。
  2. 如請求項1所述之穿透式太陽能電池模組，其中各條狀金屬電極沿該第一方向係不接觸相鄰之條狀金屬電極，各條狀光電轉換層沿該第一方向係不接觸該透光基板與相鄰之條狀光電轉換層，且各條狀透光電極沿該第一方向係不接觸該透光基板、相對應之該條狀金屬電極、以及相鄰之條狀透光電極。
  3. 如請求項1所述之穿透式太陽能電池模組，其中各條狀金屬電極沿該第一方向係不接觸相鄰之條狀金屬電極，各條狀光電轉換層沿該第一方向係不接觸相鄰該條狀光電轉換層，且各條狀透光電極沿該第一方向係不接觸相對應之該條狀金屬電極。
  4. 如請求項1所述之穿透式太陽能電池模組，其另包含有：一緩衝層，其係形成於該條狀光電轉換層與該條狀透光電極之間，該緩衝層係由硫化鋅(ZnS)以及本質氧化鋅(intrinsic ZnO)所組成。
  5. 如請求項1所述之穿透式太陽能電池模組，其中該透光基板係為一鈉鈣玻璃(soda-lime glass)。
  6. 如請求項1所述之穿透式太陽能電池模組，其中該條狀金屬電極係由鉬(Mo)所組成。
  7. 如請求項1所述之穿透式太陽能電池模組，其中該條狀光電轉換層係由銅銦硒化鎵(copper indium gallium selenide,CIGS)化合物所組成。
  8. 如請求項1所述之穿透式太陽能電池模組，其中該條狀透光電極係為由氧化鋁鋅(AZO)或銦錫氧化物(ITO)組成之一透光導電層。
  9. 一種用來製造穿透式太陽能電池模組的方法，其包含有：在一透光基板上形成一金屬電極層；沿一第一方向移除部分該金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極；於該複數個條狀金屬電極以及該透光基板上形成一光電轉換層；沿該第一方向移除部分該光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層，藉以露出部分之該透光基板與該複數個條狀金屬電極；於該透光基板、該複數個條狀金屬電極、以及該複數個條狀光電轉換層上形成一透光電極層；以及沿該第一方向移除部分該透光電極層以形成間隔排列之複數個條狀透光電極，以使該複數個條狀金屬電極以及該複數個條狀透光電極沿著相異於該第一方向之一第二方向互相串聯，且該條狀透光電極接觸該透光基板之區域為穿透式太陽能電池模組的透光區。
  10. 如請求項9所述之方法，其另包含有：於該透光基板上形成該金屬電極層前，清洗該透光基板。
  11. 如請求項9所述之方法，其另包含有：形成一緩衝層於該光電轉換層與該透光電極層之間。
  12. 如請求項9所述之方法，其另包含有：沿該第二方向移除部分之該條狀透光電極、部分之該條狀光電轉換層、以及部分之該條狀金屬電極，藉以露出部分該透光基板。
  13. 如請求項9所述之方法，其另包含有：沿該第一方向移除部分該金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極後，沿該第二方向移除部分該複數個條狀金屬電極層以形成陣列式排列之複數個塊狀金屬電極；以及沿該第一方向移除部分該光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層後，沿該第二方向移除部分該複數個條狀光電轉換層以露出部分該透光基板。
  14. 如請求項9所述之方法，其中沿該第一方向移除部分該金屬電極層以形成間隔排列之該複數個條狀金屬電極包含有利用雷射切割技術切割該金屬電極層，以形成沿該第一方向間隔排列之該複數個條狀金屬電極。
  15. 如請求項9所述之方法，其中沿該第一方向移除部分該光電轉換層包含有使用一刮刀沿該第一方向刮除部分該光電轉換層。
  16. 如請求項9所述之方法，其中沿該第一方向移除部分該透光電極層包含有使用一刮刀沿該第一方向刮除部分該透光電極層。
  17. 如請求項9所述之方法，其中沿該第一方向移除部分該透光電極層包含有沿該第一方向移除部分該透光電極層之同時移除部分該光電轉換層。
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